JP2000323634A - 圧接形沸騰冷却体またはその密閉方法またはそのスタック構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】沸騰冷却装置の冷却体の強度と冷却能力を向上
させつつ加工と密閉を容易にすると共に、導電性冷媒を
使用する場合も十分な絶縁対策と腐食対策が行えるよう
にすることにある。 【解決手段】銅合金ブロックの上側凹部１１と下側凹部
１２とを複数の多数の角張った部分のある（例えばねじ
穴）連結穴１３で連結する。この冷却体はＴＩＧ溶接ま
たは燐ろう棒を使用するＴＩＧろう付けで密閉するが、
その部分に段差か溝を設けて溶接かろう付けする部分の
熱容量を低減，または熱抵抗を大きくする加工を施す。
導電性冷媒を使用した沸騰冷却体と半導体素子とを交互
に配列してその両端から加圧して隣接物同士を密着さ
せ、隣接している沸騰冷却体と半導体素子との間に電気
絶縁性能が大で熱伝導性能が大なるＡＬＮ板５０を挿入
するが、ＡＬＮ板５０に接触する半導体素子の端子引き
出し部とＡＬＮ板５０の間に、隙間を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、沸騰冷却体を半
導体素子に圧接させ、冷媒の沸騰で半導体素子の温度上
昇を抑制している圧接形沸騰冷却体またはその密閉方法
またはそのスタック構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を使用して電力を変換する技
術は急速に進歩しており、例えばパルス幅変調制御を行
うインバータでは、その出力交流の電圧や周波数を自由
に変えることができるから、従来は極めて困難であった
誘導電動機の回転速度を自由に制御できるようになっ
た。よって産業界や輸送業界では、インバータと誘導電
動機の組み合わせで各種機械を駆動する装置が多用され
るようになった。そこで、以下では電気車を例にして本
発明の詳細を説明する。

【０００３】電気車は、その走行速度を自由に変えるこ
とができなければならないから、従来は、回転速度の制
御が容易に行える直流電動機を使用していた。しかし直
流電動機は整流子やブラシなどを備えているから、構造
が複雑で保守・点検に手間がかかり、使用上の制約も多
いし、高価でもあった。一方、誘導電動機は構造が簡単
で堅牢であり、保守・点検の手間を大幅に削減できるの
で、前述したようにインバータと組み合わせれば速度制
御が簡単に行えるようになったことから、電気車への適
用が増大している。ところで電気車の運転速度を向上さ
せたり、加減速時間を短縮させるには、電動機容量を増
大させねばならない。従って、半導体素子の容量も電動
機容量に対応して大きくなってきている。

【０００４】前述のインバータを構成する半導体素子と
して、例えばゲートターンオフサイリスタ（以下ではＧ
ＴＯサイリスタと略記する）がある。通電中のＧＴＯサ
イリスタの接合部温度が所定値を越えると熱破壊してそ
の機能を喪失するが、一般にＧＴＯサイリスタの熱容量
は小さいから、通流電流が増大した場合に、ごく短時間
で接合部温度が限界値を越えてしまう恐れがある。そこ
でＧＴＯサイリスタを効率良く冷却して温度を所定値以
内に抑制することが極めて重要になってくる。ところで
大容量のＧＴＯサイリスタは平板形状である。この平形
ＧＴＯサイリスタの一方の面をアノード電極面，他方の
面をカソード電極面とし、沸騰冷却装置の冷却体部分を
この平形ＧＴＯサイリスタの各電極面に圧着させ、冷媒
が沸騰する際の気化熱で当該平形ＧＴＯサイリスタの温
度上昇を抑制する。

【０００５】図８は沸騰冷却装置の従来構造の概略を示
した構造図であって、下側に発熱体を冷却する冷却部，
上側に凝縮部があり、これら冷却部と凝縮部とを連結部
で結合した構成である。

【０００６】冷却部は、銅やアルミニュウムなどの金属
ブロックを機械加工により箱型に削り出した冷却体１で
構成しているが、内部の仕切り板２も冷却体１と一体化
して同時に削り出されている。金属ブロックから削り出
し加工をするのは、冷却の対象であるＧＴＯサイリスタ
と冷却体１との間に極めて大きな荷重を与えて両者を圧
接しても変形を生じないようにするためであって、金属
板を折り曲げ加工して形成した箱体では強度が不足する
から、使用に耐えない。この冷却体１の下端には底蓋３
を，また上端には上蓋４を取り付けて密閉し、その内部
を真空にし、絶縁性冷媒として例えば符号９なるフロロ
カーボンを封入する。このフロロカーボン９が気化する
際の潜熱がＧＴＯサイリスタの発熱を奪うことで、当該
ＧＴＯサイリスタの温度が過度に上昇するのを抑制する
ことができる。

【０００７】気化したフロロカーボン９は、連結部を経
て上部の凝縮部へ導かれ、この凝縮部で外気（又は冷却
水など）により冷却されて液体に戻る。この液化したフ
ロロカーボン９は重力により連結部内を落下して再び冷
却体１へ戻る。なお、実際の凝縮部は密閉構造である
し、多数のＧＴＯサイリスタでインバータスタックを構
成する場合に、個々のＧＴＯサイリスタごとに別個の冷
却部と連結部とを備えるが、凝縮部は多数のＧＴＯサイ
リスタに共通して設置するのが一般的である。しかしこ
の凝縮部は本発明とは無関係であるから、図８では省略
した凝縮部を図示している。

【０００８】冷却部と凝縮部とを結合している連結部は
２重構造の管であって、冷却体１で加熱されて気化した
フロロカーボン９は内側管と外側管との間を上昇するの
で、この部分を気相管と称する。また内側管は凝縮部で
液化されたフロロカーボン９が落下して冷却体１へ戻る
ための液戻し管８である。前述したように、フロロカー
ボン９は電気絶縁性が良好であるから、連結部の一部を
絶縁するならば、電位が異なる多数のＧＴＯサイリスタ
に対して凝縮部を共通に使用することが可能になる。そ
こで連結部に絶縁管５を挿入して、冷却部と凝縮部との
間を絶縁する。なお、温度変化による各部の膨張・収縮
を吸収するために、連結部にはベローズ６も挿入する。
符号７は連結部と凝縮部とを結合するための継ぎ手であ
る。図８に図示の連結部は、気相管の内部に液戻し管８
を設けた２重管の構造であるが、気相管と液戻し管８と
を別個に設置した構造にすることもできる。

【０００９】図９は図８に図示の従来の沸騰冷却装置に
記載の冷却部の構造を示した構造図である。冷却部の主
要部分である冷却体１は、図示のように機械加工を容易
にするために、その上端と下端は開放した構造であるか
ら、冷却体１と仕切り板２の機械加工終了後に底蓋３と
上蓋４を冷却体１に溶接加工またはろう付け加工するこ
とで密閉した箱体に仕上げる。冷却体１の一方の平面１
Ａまたはこれの反対側の平面がＧＴＯサイリスタの電極
面と接触する面であり、ＧＴＯサイリスタの発生熱はこ
の接触平面１Ａから仕切り板２へ伝えられ、フロロカー
ボン９を加熱・蒸発させることにより、ＧＴＯサイリス
タの温度上昇を抑制する。なお図示していない気相管と
液戻し管８とでなる連結部を取り付けるための連結部取
付け穴４Ａが上蓋４には開口している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＧＴＯサイリスタの温
度上昇を抑制するために、沸騰冷却装置の冷却部を当該
ＧＴＯサイリスタの電極面に高荷重で圧接するので、こ
の冷却部の本体である冷却体１は、金属ブロックから機
械加工により削り出し、図９で図示の構造を得ている。
ここで仕切り板２はフロロカーボン９との接触面積の増
大により冷却効果を向上させると共に、圧接したときの
箱体強度も増大させるのであるが、そのために多くの矩
形穴を削り出さなければならないので、加工に手間と時
間がかかる欠点がある。また、気密構造にするために、
底蓋３と上蓋４とを冷却体１と一体化させるべく、溶接
またはろう付けを行う。溶接またはろう付け作業を行う
際は母材の温度を高くしなければならないことから、高
温により母材の強度が低下する不具合がある。前述した
ように、冷却体１は高い荷重でＧＴＯサイリスタに圧接
するので、高温による強度低下を肉厚を大きくすること
で回避するのであるが、肉厚の増加により重量と外形寸
法の増大を招く不都合を生じている。

【００１１】沸騰冷却に適している絶縁性冷媒としてフ
ロン１１３やフロロカーボンがあるが、フロン１１３は
規制の対象になっていて新規の適用は困難である。また
フロロカーボンは安定度が高い特徴を持つために温暖化
係数が大であって環境を悪化させる恐れがあり、これも
使用規制が強化されることになるであろう。そこで環境
を悪化させる恐れのない水，または水を主体とする溶液
を冷媒に採用することになるが、水は導電性であるため
絶縁対策を行う必要があるし、容器の腐食対策も必要に
なる欠点を有する。

【００１２】そこでこの発明の目的は、沸騰冷却装置の
冷却体の強度と冷却能力を向上させつつ加工と密閉を容
易にすると共に、導電性冷媒を使用する場合も十分な絶
縁対策と腐食対策が行えるようにすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】冷媒を内部に密封してい
る沸騰冷却体と半導体素子とを加圧接触させて前記半導
体素子の温度上昇を前記冷媒の沸騰により抑制する圧接
形沸騰冷却体は、前記冷媒に対する耐腐食性と高い熱伝
導性とを備えた素材で構成し、この素材ブロックの上側
と下側に別個の凹部を加工し、これら上側凹部と下側凹
部とを複数の連結穴で連結するが、各連結穴の表面には
多数の角の立ったエッジ部があってその表面積が大とな
る形状に加工したのち、前記上側凹部には前記冷媒を凝
縮部へ導く気相管を取り付けてから密閉し、前記下側凹
部には前記凝縮部から戻る冷媒を導く液戻し管を取り付
けてから密閉する。

【００１４】上側凹部と下側凹部とを連結する複数の前
記連結穴には、それぞれにねじ穴を別個に加工を施す。
上側凹部と下側凹部とを連結する複数の前記連結穴に
は、それぞれに縦方向に複数の溝を別個に施す。

【００１５】前記圧接形沸騰冷却体は、充填する冷媒に
対する耐腐食性と高い熱伝導性とを備えた金属ブロック
で構成し、不活性ガス雰囲気中での溶接加工か、または
不活性ガス雰囲気中でのろう付け加工で密閉構造にする
が、前記金属ブロックを溶接かろう付けする部分の熱容
量を低減させる加工を施す。または、前記金属ブロック
を溶接かろう付けする部分としない部分との間に、熱抵
抗を大きくする加工を施す。

【００１６】前記不活性ガス雰囲気中での溶接またはろ
う付けは、ＴＩＧ溶接または燐ろう棒を使用するＴＩＧ
ろう付けとする。前記金属ブロックの溶接部分またはろ
う付け部分の厚さを、他の部分よりも薄くして前記作業
を行う部分の熱容量を低減させる。前記金属ブロックの
溶接部分またはろう付け部分と、これらの作業を行わな
い部分との間に、肉厚の薄い部分を設けて熱抵抗を増大
させる。

【００１７】導電性冷媒を使用した沸騰冷却体と半導体
素子とを交互に配列してその両端から加圧して隣接物同
士を密着させ、隣接している沸騰冷却体と半導体素子と
の間に電気絶縁性能が大で熱伝導性能が大なる絶縁板を
別個に挿入する際に、この絶縁板に接触する半導体素子
の端子引き出し部と前記絶縁板との間に、隙間を設け
る。この絶縁板はちっ化アルミニュウム（ＡＬＮ）板と
する。

【００１８】前記の導電性冷媒は、水または水を主体と
する水溶液またはエチレングリコール水溶液とする。前
記の沸騰冷却体は、銅または銅合金で製作する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を表し
た冷却体の構造図である。沸騰冷却装置に封入する冷媒
が水または水を主体にした水溶液の場合は、アルミニュ
ウムは熱伝導特性が良好で比重も小さいから、装置を軽
量化できるが水に腐食され易いので採用できない。そこ
で銅または銅合金のブロックを使用し、冷却体１０を作
成する。すなわち外形を直方体状にした冷却体１０の上
端部に上側凹部１１を加工し、下端部には下側凹部１２
を加工し、次いで上側凹部１１と下側凹部１２とを連結
する複数の連結穴１３を開口させるのであるが、この連
結穴１３の表面には、図示は省略しているが角が立って
いて、表面積が増える形状の加工を施す。

【００２０】上蓋１４で上側凹部１１を覆って溶接など
により密閉し、底蓋１５で下側凹部１２を覆って同じく
溶接などによりこれを密閉し、内部に冷媒（導電性冷媒
と絶縁性冷媒のいずれでも可）を注入すれば冷却体１０
が完成する。なお、上蓋１４には気化した冷媒を凝縮器
へ送る気相管を取り付けるための気相管用穴１４Ａを開
口し、底蓋１５には液化した冷媒を凝縮器から戻すため
の液戻し管を取り付けるための液戻し管用穴１５Ａを開
口している。図１の第１実施例では気相管と液戻し管と
を別個に取りつける構造であるが、図８で既述の従来例
のように、気相管と液戻し管とを一体化した二重管であ
っても差し支えないのは勿論である。但し二重管にする
と液戻し管を下側凹部１２に達するまで挿入するスペー
スが必要になるので、連結穴１３の本数を減らさなけれ
ばならないから、その分だけ冷却能力が減少することに
なる。

【００２１】冷却体１０の冷却面１０Ａ（またはこれの
反対側の面）にＧＴＯサイリスタの電極面を圧接する
と、その発生熱は冷却面１０Ａから連結穴１３へ伝わ
り、連結穴１３の表面に接触している冷媒を気化させる
ことで、ＧＴＯサイリスタの温度上昇を抑制することが
できる。ところでこのような沸騰冷却装置では、第１に
冷媒と冷却体との接触面積を大きくすること。第２に冷
媒と冷却体との接触部に細かい気泡を大量に発生させる
こと。が、冷却効果を大きくするのに有効である。冷媒
との接触面積を大きくする第１の方法は周知であるから
省略し、第２の方法について述べる。

【００２２】冷媒は冷却体１０と接触することで、その
接触部から受け取る熱で気化して気泡を生じる。この気
泡は成長してある程度の大きさになれば接触部から分離
して上昇し、そのあとを液体の冷媒が覆う。この液体冷
媒が加熱されて再び気泡となる過程を繰り返す。液体が
気化するときの潜熱は極めて大きいから、気泡が発生し
たら小さいうちに直ぐに接触面から分離して新たな気泡
を生じることを繰り返させれば、すなわち細かい気泡を
次々と大量に発生させれば、大きな気泡が間欠的に発生
する場合よりも冷却効果は大である。冷媒との接触部が
角張っていると、滑らかな表面に比して気泡が発生し易
く、且つ発生した気泡も小さいうちに分離して上昇す
る。それ故、連結穴１３の冷媒との接触部には角張った
部分が多く存在する加工を施すことで、細かい気泡を大
量に発生させることができる。すなわち、大きな冷却効
果を得ることができる。

【００２３】図２は本発明の第２実施例を表した連結穴
の縦断面構造図であって、連結穴部分を縦に切断した断
面を表している。冷却体１０の上側凹部１１と下側凹部
１２との間に開口している連結穴１３の形状を円形にす
れば、図９で既述の従来例に比べて加工が極めて容易に
なる。断面が円形の連結穴１３にねじ山２１を加工する
のも容易であり、角張っている部分を多くするために、
ねじの山部分と谷部分はシャープに仕上げる。この第２
実施例でのねじ山２１は三角形状であるが、矩形形状や
台形形状のねじ山を加工しても差し支えないのは勿論で
ある。

【００２４】図３は本発明の第３実施例を表した連結穴
の横断面構造図であって、連結穴を横に切断した断面を
表している。この図３では、連結穴１３の断面を加工が
容易な円形にしているが、多角形や楕円などの形状であ
っても差し支えない。この連結穴１３の周囲には、その
全長にわたって複数の溝２２を加工するのであるが、こ
の溝２２は角張っていれば、その形状に制限は無い。

【００２５】図４は本発明の第４実施例を表した構造図
であって、冷却体１０と上蓋１４とを密閉するように接
合する場合を図示している。すなわち、冷却体１０の上
側凹部１１を上蓋１４で覆い、接合部に不活性ガス３５
（例えばアルゴン）を吹きつけ、この雰囲気中でタング
ステン電極３４と燐ろう棒３３を使用したろう付け（い
わゆるＴＩＧろう付け）により、冷却体１０と上蓋１４
とを密閉した接合を行う。

【００２６】ここで上蓋１４に段差部３１を設けている
ので、接合部の肉厚が他の部分よりも薄くなる。その結
果、接合部の熱容量が他の部分よりも小さくなる。熱容
量が小さくなれば加熱時間が短縮されるから、接合部の
温度が所定値になったときでも、他の部分の温度を低い
値に抑制できる。また、冷却体１０にも溝部３２を設け
て接合部付近の肉厚を局部的に薄くしているので、前述
と同様に接合部の熱容量を他の部分よりも小さくできる
し、接合部と他の部分との間の熱抵抗が大きくなる。熱
抵抗が大きければ、接合部を加熱したときに他の部分へ
熱が逃げるのを抑制できるから、接合部の加熱時間の短
縮と、他の部分の温度上昇を抑制できて、温度により強
度が低下する不都合も回避できる。

【００２７】図５は絶縁性冷媒を使用した沸騰冷却装置
でＧＴＯサイリスタのスタックを冷却する従来例を示し
た構造図であるが、図示を簡略化するために、スタック
ではなくて、１個のＧＴＯサイリスタのアノード電極と
カソード電極に別個の沸騰冷却装置を圧接して冷却する
場合を示している。

【００２８】図５の従来例において、平形ＧＴＯサイリ
スタ４０のアノード電極面にはアノード側沸騰冷却装置
４８を圧接し、カソード電極面にはカソード側沸騰冷却
装置４９を圧接している。アノード側沸騰冷却装置４８
は冷却体４１，絶縁気相管４３および液戻し管４５で構
成し、カソード側沸騰冷却装置４９は冷却体４２，絶縁
気相管４４および液戻し管４６で構成しているが、これ
ら両沸騰冷却装置４８，４９には共通の共通凝縮器４７
を備える。また、これらの内部には絶縁性冷媒としてフ
ロロカーボン９を封入している。なお符号４０Ａは平形
ＧＴＯサイリスタ４０のアノード端子であり、符号４０
Ｋはカソード端子である。冷媒であるフロロカーボン９
は絶縁物であるけれども、金属製の気相管を使用する
と、共通凝縮器４７を介して電位の異なる平形ＧＴＯサ
イリスタ４０のアノード電極とカソード電極は短絡とな
る。よって気相管の一部に絶縁気相管４３，４４を使用
して短絡を回避している。

【００２９】図６は本発明の第５実施例を表した構造図
であって、導電性冷媒を使用した沸騰冷却装置でＧＴＯ
サイリスタのスタックを冷却する場合を表した構造図で
あるが、図示を簡略化するために、スタックではなく
て、１個のＧＴＯサイリスタのアノード電極とカソード
電極に別個の沸騰冷却装置を圧接して冷却する場合を示
している。

【００３０】図６の第５実施例において、平形ＧＴＯサ
イリスタ４０のアノード電極面にはアノード側沸騰冷却
装置５４を圧接し、カソード電極面にはカソード側沸騰
冷却装置５５を圧接している。アノード側沸騰冷却装置
５４は冷却体４１，気相管５１および液戻し管４５で構
成し、カソード側沸騰冷却装置５５は冷却体４２，気相
管５２および液戻し管４６で構成しているが、これら両
沸騰冷却装置５４，５５には共通の共通凝縮器４７を備
える。また、これらの内部には導電性冷媒を封入するの
であるが、導電性冷媒としては水または水を主体とする
溶液が最も一般的である。そこで、例えば低温でも凍結
しないエチレングリコール水溶液５３を封入する。なお
符号４０Ａは平形ＧＴＯサイリスタ４０のアノード端子
であり、符号４０Ｋはカソード端子である。冷媒である
エチレングリコール水溶液５３は導電性であるから、平
形ＧＴＯサイリスタ４０のアノード電極と冷却体４１と
の間には絶縁用のちっ化アルミニュウム板（以下ではＡ
ＬＮ板と略記する）５０を挿入する。カソード電極と冷
却体４２との間にもＡＬＮ板５０を挿入する。ＡＬＮ板
５０は絶縁性と共に熱伝導性も良好であることから、Ｇ
ＴＯサイリスタ４０と冷却体４１または４２との間に挿
入することにより、スタックに組み上げた場合でも短絡
することはない。なお、熱による膨張・収縮を緩和する
ベローズ気相管の図示は省略している。

【００３１】図７は本発明の第６実施例を表した構造図
であって、導電性冷媒を使用した沸騰冷却装置でＧＴＯ
サイリスタのスタックを冷却する場合を表した構造図で
あるが、図示を簡略化するために、図６で既述の第５実
施例と同様に、スタックではなくて、１個のＧＴＯサイ
リスタのアノード電極とカソード電極に別個の沸騰冷却
装置を圧接して冷却する場合を示している。

【００３２】図７の第６実施例において、平形ＧＴＯサ
イリスタ６０のアノード電極面にはアノード側沸騰冷却
装置６４を圧接し、カソード電極面にはカソード側沸騰
冷却装置６５を圧接している。アノード側沸騰冷却装置
６４は冷却体４１，ベローズ気相管６１および液戻し管
４５で構成し、カソード側沸騰冷却装置６５は冷却体４
２，ベローズ気相管６２および液戻し管４６で構成して
いるが、これら両沸騰冷却装置６４，６５には共通の共
通凝縮器６３を備える。また、これらの内部には導電性
冷媒としてエチレングリコール水溶液５３を封入してい
る。なお符号６０Ａは平形ＧＴＯサイリスタ６０のアノ
ード端子であり、符号６０Ｋはカソード端子である。冷
媒であるエチレングリコール水溶液５３は導電性である
から、平形ＧＴＯサイリスタ６０のアノード電極と冷却
体４１との間には絶縁用のＡＬＮ板５０を挿入する。カ
ソード電極と冷却体４２との間にもＡＬＮ板５０を挿入
する。

【００３３】平形ＧＴＯサイリスタ６０の容量が増大す
るのに従って、アノード端子６０Ａとカソード端子６０
Ｋに接続する導体も太くなり、この導体の接続工事の際
や接続後もアノード端子６０Ａとカソード端子６０Ｋに
は、接続した導体から曲げ応力を受ける。これら各端子
とＡＬＮ板５０とが密着している（図６参照）場合は、
端子にかかる曲げ応力がＡＬＮ板５０にもかかってこれ
を破損させる恐れがある。ＡＬＮ板５０にクラックが入
ったり破損したりすると平形ＧＴＯサイリスタ６０の電
極面と冷却体４１，４２との間の沿面絶縁距離が不足
し、接地事故を生じる恐れがある。そこで本発明の第５
実施例では、平形ＧＴＯサイリスタ４０の各端子とＡＬ
Ｎ板５０との間にｄなるギャップを予め設けて、端子に
かかる曲げ応力がＡＬＮ板５０へ伝達されるのを回避し
ている。

【００３４】

【発明の効果】半導体素子を冷却する沸騰冷却装置の冷
却体を、従来は多数の矩形穴を加工するのに多くの手間
と時間を要していたが、本発明では従来よりも機械加工
に要する手間と時間を節約できる構造にしているし、冷
媒が沸騰する際に細かい気泡を多量に発生する構造にす
ることで、大きな冷却効果が得られる。また、冷却体を
密閉する際に、ＴＩＧ溶接，あるいは燐ろう棒を使用す
るＴＩＧろう付けを採用することと、ＴＩＧ溶接，ある
いはＴＩＧろう付け部分の熱容量を減少させる形状に加
工したり、他の部分への熱の移動を抑える形状に加工す
ることで、ＴＩＧ溶接やＴＩＧろう付けにより冷却体を
密閉する際の加熱量を減少できるので、冷却体の温度上
昇の抑制と、温度上昇に伴う強度低下を抑制できる効果
が得られる。また導電性冷媒を使用する場合に効果的な
絶縁対策を行うことができるし、半導体素子に導体を接
続する際にも、絶縁部が破損する恐れを未然に防止でき
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表した冷却体の構造図

【図２】本発明の第２実施例を表した連結穴の縦断面構
造図

【図３】本発明の第３実施例を表した連結穴の横断面構
造図

【図４】本発明の第４実施例を表した構造図

【図５】絶縁性冷媒を使用した沸騰冷却装置でＧＴＯサ
イリスタのスタックを冷却する従来例を示した構造図

【図６】本発明の第５実施例を表した構造図

【図７】本発明の第６実施例を表した構造図

【図８】沸騰冷却装置の従来構造の概略を示した構造図

【図９】図８に図示の従来の沸騰冷却装置に記載の冷却
部の構造を示した構造図

【符号の説明】

１，１０ 冷却体 １Ａ 平面 ２ 仕切り板 ３，１５ 底蓋 ４，１４ 上蓋 ４Ａ 連結部取付け穴 ５ 絶縁管 ６ ベローズ ７ 継ぎ手 ８，４５，４６ 液戻し管 ９ 絶縁性冷媒としてのフロロカーボン １１ 上側凹部 １２ 下側凹部 １３ 連結穴 １４Ａ 気相管用穴 １５Ａ 液戻し管用穴 ２１ ねじ山 ２２ 溝 ３１ 段差部 ３２ 溝部 ３３ 燐ろう棒 ３４ タングステン電極 ３５ 不活性ガス ４１，４２ 冷却体 ４３，４４ 絶縁気相管 ４７，６３ 共通凝縮器 ４８，６４ アノード側沸騰冷却装置 ４９，６５ カソード側沸騰冷却装置 ４０，６０ 平形ＧＴＯサイリスタ ４０Ａ，６０Ａ アノード端子 ４０Ｋ，６０Ｋ カソード端子 ５０ ＡＬＮ板 ５１，５２ 気相管 ５３ 導電性冷媒としてのエチレングリコ
ール水溶液 ６１，６２ ベローズ気相管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 亮二 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA05 BA08 BC08 BD01

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を内部に密封してなる沸騰冷却体と半
   導体素子とを加圧により接触させ、前記半導体素子の温
   度上昇を前記冷媒の沸騰により抑制する圧接形沸騰冷却
   体において、 前記圧接形沸騰冷却体は、充填する冷媒に対する耐腐食
   性と高い熱伝導性とを備えた素材で構成し、 この素材のブロックの上側と下側に別個の凹部を加工
   し、 これら上側凹部と下側凹部とを連結する複数の連結穴
   を、各連結穴の表面に角の立ったエッジ部が多く存在
   し，且つ表面積が大となる形状にして加工し、 前記上側凹部には前記冷媒を凝縮部へ導く気相管を取り
   付けた状態で密閉し、前記下側凹部には前記凝縮部から
   戻る冷媒を導く液戻し管を取り付けた状態で密閉するこ
   とを特徴とする圧接形沸騰冷却体。
2. 【請求項２】前記各連結穴の表面には、ねじ穴を加工す
   ることを特徴とする請求項１に記載の圧接形沸騰冷却
   体。
3. 【請求項３】前記各連結穴の表面には、縦方向に複数の
   溝を加工することを特徴とする請求項１に記載の圧接形
   沸騰冷却体。
4. 【請求項４】冷媒を内部に密封してなる沸騰冷却体と半
   導体素子とを加圧により接触させ、前記半導体素子の温
   度上昇を前記冷媒の沸騰により抑制する圧接形沸騰冷却
   体の密閉方法において、 前記圧接形沸騰冷却体は、充填する冷媒に対する耐腐食
   性と高い熱伝導性とを備えた金属のブロックで構成し、 不活性ガス雰囲気中での溶接加工または不活性ガス雰囲
   気中でのろう付け加工により前記金属ブロックを密閉
   し、 前記金属ブロックの前記溶接加工またはろう付け加工す
   る部分には、熱容量を減少させる熱容量低減加工、ある
   いは前記金属ブロックの前記溶接加工またはろう付け加
   工する部分と加工しない部分との間の熱抵抗を大きくす
   る熱抵抗増大加工を、予め施しておくことを特徴とする
   圧接形沸騰冷却体の密閉方法。
5. 【請求項５】前記不活性ガス雰囲気中での溶接またはろ
   う付けを、ＴＩＧ溶接または燐ろう棒を使用するＴＩＧ
   ろう付けで行うことを特徴とする請求項４に記載の圧接
   形沸騰冷却体の密閉方法。
6. 【請求項６】前記熱容量低減加工は、前記金属ブロック
   の前記溶接加工部分またはろう付け加工部分の厚さを他
   よりも薄くすることを特徴とする請求項４に記載の圧接
   形沸騰冷却体の密閉方法。
7. 【請求項７】前記熱抵抗増大加工は、前記金属ブロック
   の前記溶接加工部分またはろう付け加工部分とこれらの
   加工を行わない部分との間に、肉厚の薄い部分を設ける
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧接形沸騰冷却体の
   密閉方法。
8. 【請求項８】冷媒を内部に密封してなる沸騰冷却体と半
   導体素子とを交互に配列し、その両端から加圧して隣接
   物同士を密着させる圧接形沸騰冷却体のスタック構造に
   おいて、 前記冷媒に導電性冷媒を使用し、 隣接している沸騰冷却体と半導体素子とのそれぞれの間
   に、電気絶縁性能が大で熱伝導性能が大なる絶縁板を別
   個に挿入し、 前記絶縁板と接触している前記半導体素子の端子引き出
   し部と当該絶縁板との間には空隙を設けることを特徴と
   する圧接形沸騰冷却体のスタック構造。
9. 【請求項９】前記絶縁板はちっ化アルミニュウム（ＡＬ
   Ｎ）板で構成することを特徴とする請求項８に記載の圧
   接形沸騰冷却体のスタック構造。
10. 【請求項１０】沸騰冷却体に充填する導電性冷媒として
    水または水を主体とする水溶液を使用することを特徴と
    する請求項１乃至請求項９に記載の圧接形沸騰冷却体ま
    たはその密閉方法またはそのスタック構造。
11. 【請求項１１】沸騰冷却体に充填する導電性冷媒として
    エチレングリコール水溶液を使用することを特徴とする
    請求項１乃至請求項１０に記載の圧接形沸騰冷却体また
    はその密閉方法またはそのスタック構造。
12. 【請求項１２】沸騰冷却体を構成する素材を銅または銅
    合金とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１１に
    記載の圧接形沸騰冷却体またはその密閉方法またはその
    スタック構造。